CN110405789A - 一种查房陪护机器人、机器人查房陪护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种查房陪护机器人、机器人查房陪护系统及方法，其中查房陪护机器人包括机器人本体、导航传感器组、视觉元件、人机交互组件、控制器以及电源。机器人本体包括可移动底盘，可移动底盘上安装有多个主动轮；导航传感器组至少包括激光雷达；视觉元件其用于采集图像；人机交互组件至少包括扬声器及麦克风；控制器电连接主动轮、导航传感器组包含的各传感器、视觉元件及人机交互组件包含的各部件；电源用于为查房陪护机器人的各用电单元供电。本发明的查房陪护机器人、机器人查房陪护系统及方法，通过查房陪护机器人可导航至医院、养老院等场所的各房间进行查房任务与简单的陪护任务，有效地替代了一部分人工工作，可降低人力成本。

Description

一种查房陪护机器人、机器人查房陪护系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种查房陪护机器人、机器人查房陪护系统及方法。

背景技术

由于国内公共医疗系统不够完善，医疗成本高、效率低下、服务质量欠佳的问题困扰着大众民生。大医院人满为患，医护人员往往身兼数职，不能及时照顾到每位患者。

随着科技水平的不断提高，人工智能已经逐渐融入到我们的生活当中。在各种智能产品大行其道的今天，智能对话也开始慢慢被人们所熟悉。如今，智能机器人、智能手机等智能设备上都有智能对话功能。

目前，市面上还没有为陪护病房、养老院等机构提供智能查房、陪护服务的方案，大多使用人工的方式，效率较低，成本较高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种成本低、效率高、可替代人工进行查房以及执行必要陪护任务的查房陪护机器人、机器人查房陪护系统及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的查房陪护机器人，包括：

机器人本体，其用于装载所述查房陪护机器人包含的其他部件；其包括可移动底盘，所述可移动底盘上安装有多个主动轮；

导航传感器组，其至少包括激光雷达；

视觉元件，其安装在所述机器人本体的上部，其用于采集图像；

人机交互组件，其至少包括扬声器及麦克风；

控制器，其电连接所述主动轮、导航传感器组包含的各传感器、视觉元件及人机交互组件包含的各部件；及

电源，其用于为所述查房陪护机器人的各用电单元供电。

进一步地，所述导航传感器组还包括超声传感器与红外传感器。

进一步地，所述导航传感器组还包括深度相机。

进一步地，所述机器人本体的中部位置还设置有监控摄像头，所述监控摄像头电连接所述控制器。

进一步地，所述人机交互组件还包括显示屏。

一种机器人查房陪护系统，包括上述的查房陪护机器人，还包括：

管理端，其可与所述查房陪护机器人通信；及

用户端，其可与所述查房陪护机器人通信。

一种机器人查房陪护方法，应用于上述的机器人查房陪护系统，所述方法由控制器执行，所述方法包括：

检查任务列表，判断是否有满足条件的待执行任务，是则开始执行满足执行条件的待执行任务；

判断待执行任务的类型；

当待执行任务为查房任务，获取待执行任务中包含的查房范围信息，并控制所述查房陪护机器人依次自动导航到各房间执行查房流程；

当待执行任务为陪护任务，获取待执行任务中包含的房号信息与服务类型信息，并控制所述查房陪护机器人自动导航到对应房间并根据所述服务类型信息执行相应的服务流程。

进一步地，所述执行查房流程包括：

通过监控摄像头采集房间内的图像获得视频数据；

询问预设问题并通过人机交互组件采集应答数据；

检测到陪护对象说话时，针对陪护对象的说话内容进行语音识别及语意分析，并进行答复。

进一步地，所述检测到陪护对象说话时，针对陪护对象的说话内容进行语音识别及语意分析，并进行答复之后还包括：

提取查房陪护机器人与陪护对象的对话内容的信息并存储至本地或云端。

进一步地，所述控制器内预置有情绪识别算法，所述执行查房流程或根据所述服务类型信息执行相应的服务流程中还包括如下流程：

通过视觉元件采集陪护对象的人脸图像；

利用所述情绪识别算法对所述人脸图像进行识别，得到陪护对象的情绪类别；

根据所述情绪类别执行与之匹配的陪护流程。

有益效果：本发明的查房陪护机器人、机器人查房陪护系统及方法，通过查房陪护机器人可导航至医院、养老院等场所的各房间进行查房任务与简单的陪护任务，在执行查房任务时可完成对各房间的信息采集以供管理人员查看，在执行陪护任务时可进行陪聊天等一些简单的陪护工作，有效地替代了一部分人工工作，可降低人力成本。

附图说明

附图1为查房陪护机器人的外形图；

附图2为查房陪护机器人的各部分硬件连接的电路图；

附图3为机器人查房陪护方法的流程示意图。

附图中各附图标记表示的零部件名称如下：

1-机器人本体；11-可移动底盘；12-主动轮；13-从动轮；2-导航传感器组；21-激光雷达；22-超声传感器；23-红外传感器；24-深度相机；3-视觉元件；4-人机交互组件；41-扬声器；42-麦克风；43-显示屏；5-控制器；6-监控摄像头；7-管理端；8-用户端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示的查房陪护机器人，包括机器人本体1、导航传感器组2、视觉元件3、人机交互组件4、控制器5以及电源。其中，电源可为机器人中所有的用电部件提供电量。控制器5连接机器人本体1、导航传感器组2、视觉元件3及人机交互组件4，其是整个机器人的控制中心，负责整个机器人的运转，机器人各部分硬件连接的电路图如附图2所示。

机器人本体1用于装载所述查房陪护机器人包含的其他部件，即上述导航传感器组2、视觉元件3、人机交互组件4、控制器5以及电源均安装在机器人本体1上。机器人本体1包括可移动底盘11，所述可移动底盘11上安装有多个主动轮12，本实施例中，可移动底盘11上左右对称安装有两个主动轮12，此外还安装有若干从动轮13，从动轮13用于保持机器人本体1的平衡，可选地，主动轮12为轮毂电机。控制器5可通过两个电机驱动器分别与两个主动轮12连接，并独立驱动每个主动轮12转动，除了可使机器人执行前进、后退等基本动作，还可通过控制两个主动轮12的差速运动实现机器人转弯、原地转动等动作，实现对机器人运动的灵活控制。

导航传感器组2至少包括激光雷达21，激光雷达21为成熟产品，可采用市面上现有的激光雷达产品。激光雷达21用于采集环境数据，其主要包含一旋转的激光发射器以及一激光接收器，其激光发射器每旋转一定角度发射一激光束，通过激光接收器接收物体反射回来激光束判断物体的方位与远近，以此得到环境中墙壁、家具等物品相对于激光雷达21的位置，方便控制器5建立环境地图以及后续机器人运动时确定机器人的位置，导航传感器组2还可以包括IMU、里程计，IMU用于采集加速度数据，里程计用于采集移动底盘的主动轮的里程数据，基于这些传感器采集的数据控制器5可对机器人的运动进行精确控制。此外，在优选的实施例中，导航传感器组2还包括超声传感器22与红外传感器23，超声传感器22与红外传感器23可分别探测环境中的障碍物以及行人，两者采集的数据可作为自助导航的辅助信息，可辅助机器人更好地避开环境中临时出现的障碍物和人，当碰到障碍物时，控制器5可控制机器人进行避让，当遇到行人时，控制器5可控制机器人急停以防止撞伤行人。上述基于激光雷达的SLAM导航技术已经是成熟技术，可参考的文献较多，可采用现有技术实现，因此本实施例中将不对SLAM导航技术作具体介绍。

此外，在进一步的实施例中，所述导航传感器组2还包括深度相机24。所述深度相机24用户采集环境的深度图像数据，深度图像数据包括场景图像数据与图像数据对应的深度数据，以此构建场景环境的3D点云地图，控制器5可根据该点云地图控制机器人进行自主导航。上述基于深度相机的SLAM导航技术也已经是成熟技术，可参考的文献也较多，可采用现有技术实现，因此本实施例中将不对基于深度相机的SLAM导航技术作具体介绍。

人机交互组件4至少包括扬声器41及麦克风42，其中扬声器41可发出语音、播放音乐等，麦克风可采集医院中的病人、养老院的老人等陪护对象的语音。控制器5内置有智能语音助手(采用现有技术，如微软小娜、小爱同学等现有的智能语音助手)，如此通过人机交互组件4，陪护对象可与机器人进行进行简单的问答交流；此外，所述人机交互组件4还可以包括显示屏43，优选为带触摸功能的显示屏，显示屏43可显示人机界面，用户输出信息以及供用户触摸操作与机器人交互。

视觉元件3安装在所述机器人本体1的上部，其用于采集图像，视觉元件3为相机、摄像头等常用的采集视频、图像的元件。该视觉元件3主要用于机器人与陪护对象交互时采集陪护对象的图像，控制器5内可集成有人脸识别算法与情绪识别算法，控制器5可利用人脸识别算法对视觉元件3采集的用户的人脸图像进行识别，确定用户的身份，如当确定用户的身份是管理人员，可使系统切换至管理模式，使显示屏43进入管理人员操作界面，使得管理人员可进行系统设置、布置任务(如设置机器人查房时间点和查房的范围等)、数据管理(如更新地图数据、录入定制化聊天、心理辅导、知识讲解等专业内容、构建本地私有聊天语料数据库等)；当确定用户的身份是陪护对象时，可使系统切换至陪护模式，使显示屏43进入用户界面，用户界面可显示服务内容供用户选择以及显示通知等，如用户界面上可提供“与管理人员视频通话”选项，用户可通过语音指令或触摸选择“与管理人员视频通话”这一选项，并通过人机交互组件4与管理人员进行视频通话。另外，当确定用户的身份是陪护对象时，可通过情绪识别算法识别陪护对象的情绪，并将陪护对象的情绪状况进行统计。上述人脸识别算法与情绪识别算法均采用现有技术。

优选地，所述机器人本体1的中部位置还设置有监控摄像头6，所述监控摄像头6电连接所述控制器5。机器人中部的监控摄像头6用于实时采集机器人端视频流数据。采集的视频流数据可用于后续查阅，或者管理人员可根据视频数据流实时远程操控机器人的运动以及执行一定的任务。

本发明中，控制器5采用分布式处理器方案，配有基于ARM处理器的下位机与基于X86处理器的上位机，上位机与下位机之间通过数据线连接。下位机负责电源管理、信号处理等。上位机为计算机(优选为迷你计算机)，采用Ubuntu系统，搭载ROS开放平台。在一种实施例中，查房陪护机器人的各部分硬件的型号如下表所示。

一种机器人查房陪护系统，包括上述的查房陪护机器人，还包括管理端7与用户端8，机器人本体1上安装有通信模块，通信模块电连接所述控制器5，管理端7与用户端8均可与查房陪护机器人通信，本实施例中，通信模块为无线中继器。管理人员可通过管理端7进行针对机器人的系统设置、布置任务(如设置机器人查房时间点和查房的范围等)、数据管理(如更新地图数据、录入定制化聊天、心理辅导、知识讲解等专业内容、构建本地私有聊天语料数据库等)等操作，陪护对象通过用户端8可召唤机器人进行陪护服务或预约服务。管理端7与用户端8可以是手机、平板电脑等便携设备，也可以是专门定制的专用装置。

一种机器人查房陪护方法，应用于上述的机器人查房陪护系统，所述方法由控制器5执行，所述方法包括如下步骤A1-A5：

步骤A1，检查任务列表，判断是否有满足条件的待执行任务，是则进入步骤A2；

步骤A2，是则开始执行满足执行条件的待执行任务；

步骤A1-A2中，任务列表中的待执行任务一般来源于管理人员与陪护对象两方面。待执行任务可以是管理人员通过管理端7或人机交互组件4设置的查房任务，查房任务包括查房时间与查房范围(全部查房或只查某几个特定房间)等信息，其中查房时间可作为任务执行条件，到了设定时间(如：早上9点)控制器5则判断查房任务的条件达成，开始执行。待执行任务还可以是陪护任务，陪护任务可以是管理人员通过管理端7或人机交互组件4布置形成，或者可以是陪护对象通过用户端8或人机交互组件4申请或预约形成，其生效条件可以是即时生效或指定时间生效。

步骤A3，判断待执行任务的类型；

本步骤即判断待执行任务的类型是查房任务还是陪护任务。

步骤A4，当待执行任务为查房任务，获取待执行任务中包含的查房范围信息，并控制所述查房陪护机器人依次自动导航到各房间执行查房流程；

本步骤中，所述查房流程可以包括如下的步骤B1-B3，下述步骤B1-B3的执行先后顺序没有限定：

步骤B1，通过监控摄像头6采集房间内的图像获得视频数据；

该步骤主要实施针对各房间的视频数据采集的工作，后续管理人员可通过管理端7查看视频，主要是根据采集的视频查看各房间卫生、设施等状况，若有问题可派工作人员前去处理。

步骤B2，询问预设问题并通过人机交互组件4采集应答数据；

该步骤主要是通过向用户询问问题并采集应答数据，以完成针对用户进行数据采集的任务，询问的问题如询问陪护对象的身体状况、精神状况等，管理人员可通过采集的数据判断各陪护对象的身体与精神状况，或者控制器5可通过内置的语音识别模块进行语音识别与语意分析，判断出陪护对象的身体与精神状况并统计在陪护对象的个人信息中。上述语音识别与语意分析模块采用现有技术。

步骤B3，检测到陪护对象说话时，针对陪护对象的说话内容进行语音识别及语意分析，并进行答复。

本步骤中，控制器5基于聊天数据库对陪护对象的说话内容进行答复。

优选地，在步骤B3之后还包括如下步骤：提取查房陪护机器人与陪护对象的对话内容的信息并存储至本地或云端。如此，管理端7的管理人员可根据对话内容的信息更新聊天数据库，以及根据用户的问题优化服务。可选地，控制器5也可以自行将提取陪护对象提出的问题纳入聊天数据库，后续管理人员可针对该问题的回答进行优化以便后续机器人为陪护对象服务时可以针对类似问题作出合适的回答。

步骤A5，当待执行任务为陪护任务，获取待执行任务中包含的房号信息与服务类型信息，并控制所述查房陪护机器人自动导航到对应房间并根据所述服务类型信息执行相应的服务流程。

本步骤中，服务类型可以是陪聊、心理辅导等服务，医院、养老院等不同场合的管理人员可在现有硬件的前提下根据场景需要设计出不同类型的服务。

除了上述步骤外，管理人员还可以通过机器人发布通知公告，具体为：管理人员向机器人布置通知公告任务，通知公告任务包含通知公告的内容以及通知范围，控制器5收到通知公告任务，并根据通知范围自主导航至各房间发布通知公告，控制器5可通过扬声器41播报通知公告的语音，或者也可以将通知公告内容显示在显示屏43上，控制器5通过语音形式提醒陪护对象查看。通知公告任务可与查房任务或陪护任务一起执行。

可选地，所述控制器5内预置有情绪识别算法，所述执行查房流程或根据所述服务类型信息执行相应的服务流程中还包括如下步骤C1-C3：

步骤C1，通过视觉元件3采集陪护对象的人脸图像；

步骤C2，利用所述情绪识别算法对所述人脸图像进行识别，得到陪护对象的情绪类别；

步骤C3，根据所述情绪类别执行与之匹配的陪护流程。

本步骤中，如：识别出陪护对象的情绪类别为悲伤或激动，则可进行相应的心理辅导。

本发明的查房陪护机器人、机器人查房陪护系统及方法，通过查房陪护机器人可导航至医院、养老院等场所的各房间进行查房任务与简单的陪护任务，在执行查房任务时可完成对各房间的信息采集以供管理人员查看，在执行陪护任务时可进行陪聊天等一些简单的陪护工作，有效地替代了一部分人工工作，可降低人力成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种查房陪护机器人，其特征在于，包括：

机器人本体，其用于装载所述查房陪护机器人包含的其他部件；其包括可移动底盘，所述可移动底盘上安装有多个主动轮；

导航传感器组，其至少包括激光雷达；

视觉元件，其安装在所述机器人本体的上部，其用于采集图像；

人机交互组件，其至少包括扬声器及麦克风；

控制器，其电连接所述主动轮、导航传感器组包含的各传感器、视觉元件及人机交互组件包含的各部件；及

电源，其用于为所述查房陪护机器人的各用电单元供电。

2.根据权利要求1所述的查房陪护机器人，其特征在于，所述导航传感器组还包括超声传感器与红外传感器。

3.根据权利要求1所述的查房陪护机器人，其特征在于，所述导航传感器组还包括深度相机。

4.根据权利要求1所述的查房陪护机器人，其特征在于，所述机器人本体的中部位置还设置有监控摄像头，所述监控摄像头电连接所述控制器。

5.根据权利要求1所述的查房陪护机器人，其特征在于，所述人机交互组件还包括显示屏。

6.一种机器人查房陪护系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的查房陪护机器人，还包括：

管理端，其可与所述查房陪护机器人通信；及

用户端，其可与所述查房陪护机器人通信。

7.一种机器人查房陪护方法，应用于如权利要求6所述的机器人查房陪护系统，所述方法由控制器执行，其特征在于，所述方法包括：

检查任务列表，判断是否有满足条件的待执行任务，是则开始执行满足执行条件的待执行任务；

判断待执行任务的类型；

当待执行任务为查房任务，获取待执行任务中包含的查房范围信息，并控制所述查房陪护机器人依次自动导航到各房间执行查房流程；

当待执行任务为陪护任务，获取待执行任务中包含的房号信息与服务类型信息，并控制所述查房陪护机器人自动导航到对应房间并根据所述服务类型信息执行相应的服务流程。

8.根据权利要求7所述的机器人查房陪护方法，其特征在于，所述执行查房流程包括：

通过监控摄像头采集房间内的图像获得视频数据；

询问预设问题并通过人机交互组件采集应答数据；

检测到陪护对象说话时，针对陪护对象的说话内容进行语音识别及语意分析，并进行答复。

9.根据权利要求8所述的机器人查房陪护方法，其特征在于，所述检测到陪护对象说话时，针对陪护对象的说话内容进行语音识别及语意分析，并进行答复之后还包括：

提取查房陪护机器人与陪护对象的对话内容的信息并存储至本地或云端。

10.根据权利要求7所述的机器人查房陪护方法，其特征在于，所述控制器内预置有情绪识别算法，所述执行查房流程或根据所述服务类型信息执行相应的服务流程中还包括如下流程：

通过视觉元件采集陪护对象的人脸图像；

利用所述情绪识别算法对所述人脸图像进行识别，得到陪护对象的情绪类别；

根据所述情绪类别执行与之匹配的陪护流程。